QUIMICA ORGANICA

ACTIVIDAD 1

PASO 4

PRESENTADO POR:

MARIA ALEJANDRA RODRIGUEZ LEON

CODIGO: 1.121.901.705

TUTOR:

DIEGO BALLESTEROS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL

CEAD CACIAS METASEPTIEMBRE DEL 2015

1. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA

¿Por qué el uso de hidrocarburos como combustible y materia prima para otras sustancias es un problema ambiental?

Los hidrocarburos son moléculas que se encuentran en la totalidad de los derivados del petróleo, que a lo largo de los años se convirtió indispensable para el ser humano ya que una multitud de productos en nuestra vida cotidiana, están constituidos por materiales elaborados a partir de hidrocarburos y nuestra economía depende, en gran medida, de estos productos. Sin embargo este producto es el protagonista del gran impacto ambiental al que nos enfrentamos hoy en día cabe aclarar que los desechos a bases de hidrocarburos representan el 34% de todos los desechos que existen, a menudo estos productos terminan su vida útil en vertederos. Y como resultado depositados sobre la tierra, estos productos toman siglos en descomponerse, expulsando a la atmósfera gradualmente hidrocarburos tóxicos. La mayoría de las fuentes de contaminación están asociadas al uso de combustibles fósiles, como por ejemplo el carbón, el petróleo, la gasolina y el gas natural todos estos procedentes de la generación y acumulación natural de hidrocarburos; Uno de los principales problemas de los hidrocarburos es su transporte. Para hacernos una idea nos centraremos en el transporte marítimo. En el agua, los hidrocarburos se esparcen rápidamente, debido a la existencia de una importante diferencia de densidades entre ambos líquidos, llegando a ocupar extensas áreas, y dificultando por lo tanto sus posibilidades de limpieza. Esto imposibilita la interacción entre la flora y la fauna marina con la atmósfera, obstruyendo así el ciclo natural de vida.

2. RESUMEN DE TEMAS REQUERIDOS

Principios de la Química orgánica

La química orgánica estudia los compuestos químicos del carbono, estos compuestos componen las estructuras celulares de los seres vivos y todas sus funciones vitales (respiración, alimentación, reproducción) se producen mediante la síntesis (creación) y reacción de estos compuestos. Su nombre viene de “organismo” porque hasta el siglo XIX se creía que sólo los seres vivos podían sintetizar (fabricar, crear) estos compuestos, La química orgánica existe gracias a las características de la naturaleza química del carbono. Formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno y otros heteroátomos, también conocidos como compuestos orgánicos. Los cuatro elementos que componen la mayor parte de las sustancias orgánicas son: carbono e hidrógeno, y en menor proporción oxígeno y nitrógeno. Dentro de los compuestos orgánicos que posee la química encontramos que el compuesto más simple es el metano, un átomo de carbono con cuatro de hidrógeno (valencia=1), pero también puede darse la unión carbono-carbono, formando cadenas de distintos tipos, ya que pueden darse enlaces simples, dobles o triples. Cuando el resto de enlaces de estas cadenas son con hidrógeno, se habla de hidrocarburos, que pueden ser:

• saturados: con enlaces covalentes simples, alcanos.

• Insaturados: con dobles enlaces covalentes (alquenos) o triples (alquinos).

• Aromáticos: estructura cíclica.

Un hidrocarburo saturado es aquel que no tiene enlaces múltiples ósea carbono- carbono y un hidrocarburo insaturado es aquel que tiene al menos un enlace múltiple carbono- carbono. Los hidrocarburos aromáticos se pueden considerar derivados del benceno, que es una molécula cíclica, de forma hexagonal y con un orden de enlace intermedio entre un enlace sencillo y un doble enlace. Experimentalmente se comprueba que los seis enlaces son equivalentes.

3. PREGUNTAS QUE SE GENERARON DE LA BUSQUEDA DE INFORMACION

¿Qué es la Química? ¿En qué proporciones se unen unos elementos con otros? ¿Qué papel juega el petróleo en la química orgánica? ¿Cómo se transforman los hidrocarburos?

4. ANALISIS DE LA IMFORMACION

La química orgánica es la disciplina científica que estudia la estructura, propiedades, síntesis y reactividad de compuestos químicos formados principalmente por carbono e hidrógeno, los cuales pueden contener otros elementos, generalmente en pequeña cantidad como oxígeno, azufre, nitrógeno, halógenos, fósforo, silicio. Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno, los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica.

5. RESPUESTAS A PREGUNTAS FORMULADAS EN EL PASO C (AUTO FORMULADAS)

¿Qué es la Química?

La Química es la Ciencia experimental que tiene por objeto el estudio de la materia, de sus propiedades y de sus cambios de naturaleza. Toda la materia está formada por elementos químicos simples o por sus compuestos, cada cual con unas características diferenciales. En los procesos vitales está presente la Química: desde la célula hasta los organismos superiores la actividad vital se basa en reacciones químicas en las que se transforma la materia y se intercambia energía. Y en nuestra actividad cotidiana hacemos uso de lo que la Química aplicada nos ofrece: plásticos, ordenadores, baterías, lámparas, agua potable, jabones, detergentes, cosméticos, perfumes, textiles, pinturas, combustibles, fertilizantes, medicamentos, prótesis, bebidas… Nuestro modo de vida no sería igual si nos faltara la Química.

¿En qué proporciones se unen unos elementos con otros?

Se unen en función de las ‘valencias’ que presentan. Un elemento puede ser capaz de reaccionar con un número entero de átomos de hidrógeno o, alternativamente, ser sustituido por un número entero de átomos de hidrógeno, que es el elemento que se toma como referencia. Ese número entero, que determina su capacidad de combinación, es lo que se conoce como ‘valencia’ del elemento. Según esto, de la fórmula del agua, H2O, se deduce que el oxígeno actúa con una valencia 2 y de la fórmula del metano, CH4, se deduce que el carbono interviene con valencia 4. Hay elementos que presentan una sola valencia, mientras que otros tienen la posibilidad de emplear varias. El concepto de valencia está relacionado con su configuración electrónica externa (‘electrones de valencia’) y con la posición que ocupan en la Tabla Periódica. Así, los elementos del grupo I (metales alcalinos) tienen valencia 1 y los elementos del grupo II (metales alcalinotérreos) tienen valencia 2.

¿Qué papel juega el petróleo en la química orgánica?

Se considera el petróleo como una mezcla compleja de los hidrocarburos, formado por centenares de compuestos; además contiene pequeñas cantidades de compuestos oxigenados, sulfatados y nitrogenados que no superan un 5% de su composición.

Por ende es uno de los hidrocarburos de mayor estudio en la química por su composición y sus elementos de estudio y formas de modificación.

¿Cómo se transforman los hidrocarburos?

Se transforman los hidrocarburos vírgenes contenidos en el petróleo y el gas natural en productos más reactivos como son las olefinas, aromáticos ligeros, hidrógeno y monóxido de carbono.

El crudo que no se lleva a los buques-tanque para su exportación es conducido a las refinerías, donde los diferentes tipos de hidrocarburos que lo componen son separados con el fin de que puedan ser aprovechados.

Como lo son la gasolina el gas natural el diésel lubricantes entre otros.

6. RESPUESTAS A PREGUNTAS ORIENTADORAS

1. ¿Cómo influye la configuración electrónica del carbono en sus compuestos?

El átomo de carbono, debido a su configuración electrónica, presenta una importante capacidad de combinación. Los átomos de carbono pueden unirse entre sí formando estructuras complejas y enlazarse a átomos o grupos de átomos que confieren a las moléculas resultantes propiedades específicas. La enorme diversidad en los compuestos del carbono hace de su estudio químico una importante área del conocimiento puro y aplicado de la ciencia actual.

El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica, y dado que las propiedades químicas de elementos y compuestos son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de carbono para poder comprender su singular comportamiento químico.

Se trata del elemento de número atómico Z= 6. Por tal motivo su configuración electrónica en el estado fundamental o no excitado es 1 s² 2 s² 2 p². La existencia de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad bien de ganar otros cuatro convirtiéndose en el ion C4- cuya configuración electrónica coincide con la del gas noble Ne, bien de perderlos pasando a ion C4+ de configuración electrónica idéntica a la del He. En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones indica una dosis de energía elevada, y el átomo de carbono opta por compartir sus cuatro electrones externos con otros átomos mediante enlaces covalentes. Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se denomina tetravalencia.

2. ¿Cómo se evidencia el fenómeno de hibridación en el carbono?

La hibridación es un fenómeno que consiste en la mezcla de orbítales atómicos puros para generar un conjunto de orbítales híbridos, los cuales tienen características combinadas de los orbítales originales.

La configuración electrónica desarrollada para el carbono es:

3. ¿Qué son los grupos funcionales orgánicos? ¿Cuáles son los principales?

Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que caracteriza a una clase de compuestos orgánicos.

Cada grupo funcional determina las propiedades químicas de las sustancias que lo poseen; es decir determina su función química.

Entonces, se llama función química a las propiedades comunes que caracterizan a un grupo de sustancias que tienen estructura semejante; es decir, que poseen un determinado grupo funcional.

Los principales grupos funcionales son los siguientes:

 

Grupo hidroxilo (– OH)

Es característico de los alcoholes, compuestos constituidos por la unión de dicho grupo a un hidrocarburo (enlace sencillo). 

 

Grupo alcoxi (R – O – R)

Grupo funcional del tipo R-O-R', en donde R y R' son grupos que contienen átomos de carbono, estando el átomo de oxígeno en medio de ellos, característico de los éteres (enlace sencillo). (Se usa la R ya que estos grupos de átomos constituyen los llamados radicales )

 

Grupo carbonilo (>C=O)

Su presencia en una cadena hidrocarbonada (R) puede dar lugar a dos tipos diferentes de sustancias orgánicas: los aldehídos y lascetonas.

En los aldehídos el grupo C=O está unido por un lado a un carbono terminal de una cadena hidrocarbonada (R) y por el otro, a un átomo de hidrógeno que ocupa una posición extrema en la cadena. (R–C=O–H) (enlace doble).

En las cetonas, por el contrario, el grupo carbonilo se une a dos cadenas hidrocarbonadas, ocupando por tanto una situación intermedia. (R–C=O–R) (enlace doble).

 

Es el grupo funcional característico de los ácidos orgánicos.

Los ácidos orgánicos reaccionan con los alcoholes de una forma semejante a como lo hacen los ácidos inorgánicos con las bases en las reacciones de neutralización. En este caso la reacción se denomina esterificación, y el producto análogo a la sal inorgánico recibe el nombre genérico de éster.

 

Puede considerarse como un grupo derivado del amoníaco (NH3) y es el grupo funcional característico de una familia de compuestos orgánicos llamados aminas. 

 

4. ¿Cómo se explica la reactividad de los compuestos orgánicos?

Reacciones orgánicas:

• Son reacciones moleculares: se rompen y forman enlaces covalentes

• Transcurren en pasos sucesivos

• Son más lentas y complejas

• A menudo requieren la presencia de catalizadores y temperaturas

Elevadas

SUSTRATO + REACTIVO → PRODUCTO/S

¿Qué tipo de reacciones generales existen?

Tipos de reacciones en compuestos orgánicos

Las reacciones orgánicas más importantes son:

- Reacciones de sustitución o desplazamiento, (en la que un átomo o grupo de átomos es remplazado por otro).

CH3OH + HBr → CH3 - Br + H2O

- Reacciones de eliminación, en las que la molécula pierde dos átomos o grupos de átomos que están en carbonos vecinos, formándose un enlace-π.

CH3 - CH2 OH → CH2 = CH2 + H2O

- Reacciones de adición. En ellas, una molécula se agrega a un enlace múltiple. Como consecuencia, desaparece el enlace- π y se forman dos enlaces- σ.

CH2 = CH2 + HI → CH2I – CH3

5. ¿Cómo se estructuran en el espacio los compuestos carbonados?

El número de compuestos de carbono es enorme. La síntesis de un nuevo compuesto orgánico es una tarea fácil y anualmente se preparan cientos de miles de nuevos compuestos. Como consecuencia de ello, mientras que el número de compuestos inorgánicos conocidos apenas sí sobrepasa el medio millón, el número de compuestos orgánicos conocidos es de varios millones en la actualidad, a pesar de ser tan pocos los elementos que los componen.

Todos poseen carbono en su estructura molecular, además de otros elementos que también se encuentran presentes hidrógeno, oxígeno y nitrógeno; en menor proporción azufre y fósforo y en pequeñísimas cantidades cloro, iodo, calcio, magnesio, hierro, cobre, cinc, cobalto, manganeso, etc.

Poseen puntos de fusión y ebullición bajos (inferiores a 300°C), ya que las fuerzas de atracción entre sus moléculas son débiles.

¿Qué es la isomería?

La isomería es una propiedad de ciertos compuestos químicos que con igual fórmula química, es decir, iguales proporciones relativas de los átomos que conforman su molécula, presentan estructuras moleculares distintas y, por ello, diferentes propiedades. Dichos compuestos reciben la denominación de isómeros. Los isómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero diferente fórmula estructural y, por tanto, diferentes propiedades. Por ejemplo, el alcohol etílico o etanol y el éter dimetílico son isómeros cuya fórmula molecular es C2H6O.

6. ¿En qué consiste la química de los alcanos?

Los alcanos son compuestos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno (hidrocarburos), que solo contienen enlaces simples carbono-carbono.

Tipos de alcanosLos alcanos  se clasifican en lineales, ramificados, cíclicos y policíclicos.

Nomenclatura de alcanosLos alcanos se nombran terminando en -ano el prefijo que indica el número de carbonos de la molécula (metano, etano, propano...)

Propiedades físicas de los alcanosLos puntos de fusión y ebullición de alcanos son bajos y aumentan a medida que crece el número de carbonos debido a interacciones entre moléculas por fuerzas de London. Los alcanos lineales tienen puntos de ebullición más elevados que sus isómeros ramificados.

7. ¿En qué consiste la química de los alquenos?

Los alquenos son hidrocarburos insaturados que tienen uno o varios dobles enlaces carbono-carbono en su molécula. Se puede decir que un alqueno es un alcano que ha perdido dos átomos de hidrógeno produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos.

8. ¿En qué consiste la química de los alquinos?

Se llaman alquinos a los hidrocarburos caracterizados por la presencia de un triple enlace carbono-carbono y su grado de insaturación es dos. Los alquinos no cíclicos tienen la fórmula molecular CnH2n-2. El acetileno es el alquino más sencillo. Los compuestos que tienen el triple enlace en un extremo de la cadena se denominan monosustituidos o alquinos terminales. De los alquinos disustituidos se dice que tienen un triple enlace interno. El triple enlace carbono-carbono es un grupo funcional, que reacciona con muchos de los reactivos que reaccionan con el doble enlace de los alquenos.

9. ¿En qué consiste la química de los aromáticos?

Los compuestos aromáticos son sistemas clínicos que poseen una gran energía de resonancia y en los que todos los átomos del anillo forman parte de un sistema conjugado único.

Un hidrocarburo aromático es un polímero cíclico conjugado que cumple la Regla de Hückel, es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo

Los compuestos aromáticos abarcan una amplia gama de sustancias químicas de uno dos o más anillos altamente insaturados de fórmula CnHn que poseen propiedades químicas singulares.

La aromaticidad no es un atributo de los compuestos de C e H solamente, sino que también en su estructura pueden encontrarse otros átomos como oxígeno y nitrógeno constituyendo la gran familia de los compuestos heterocíclicos aromáticos.

10.¿En qué consiste la química de los derivados halogenados de los hidrocarburos – halogenuros de arilo y alquilo-?

Los derivados halogenados: son compuestos orgánicos que contienen uno o más halógenos en su molécula. Se les denomina haluros o halogenuros.

Los derivados halogenados que contienen un sólo átomo de halógeno en su molécula se llaman monohaluros; si contienen dos átomos de halógeno se llaman dihaluros y si presentan más de dos átomos de halógeno en su molécula se les llama polihaluros.

Los haluros de alquilo

Son los derivados halogenados de mayor importancia, ya que se utilizan como base para la síntesis de muchos compuestos orgánicos.

CH3-CH2-CH2-CH3

Butano. Peso molecular: 58

CH3-CHI-CH2-CH3

2-iodobutano. Peso molecular: 183,90.En este compuesto, el yodo (halógeno) sustituye un hidrógeno de uno de los átomos de carbono.

Haluros de Arilo

En Química Orgánica, un Haluro de Arilo es un compuesto aromático, en el que uno o más átomos de hidrogeno, directamente unidos a un anillo aromático son reemplazados por un haluro. Los Haloareno son distintos a los haloalcanos por que exhiben muchas diferencias en métodos de preparación y propiedades.

7. ANÁLISIS FINALES

La química orgánica abarca un gran número de compuestos como los hidrocarburos que es un compuesto básico que está formada únicamente por carbono e hidrógeno. Atendiendo a la naturaleza de los enlaces entre los átomos de carbono.

Los hidrocarburos extraídos directamente de formaciones geológicas en estado líquido se conocen comúnmente con el nombre de petróleo, mientras que los que se encuentran en estado gaseoso se les conoce como gas natural.

Se clasifican tomando en cuenta la forma de la estructura carbonada (el esqueleto de la molécula) y los enlaces simples, dobles o triples que unen a los átomos de carbono. Por consiguiente, distinguir 3 grupos de hidrocarburos: acíclicos o alifáticos, cíclicos y aromáticos.

8. CONCLUSIONES

Se logra comprender con esta actividad los principios de la química orgánica y se refuerza que es la química.

Se comprende que los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica.

Se logra relacionar que el petróleo es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos principalmente de hidrocarburos.

Se conocen 3 grupos de hidrocarburos: acíclicos o alifáticos, cíclicos y aromáticos.